في 5 سبتمبر 2021 ، قام فريق من باحثي معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تم اختباره بنجاح مغناطيس فائق التوصيل عالي الحرارة ، محطمًا الرقم القياسي العالمي لأقوى قوة مجال مغناطيسي تم إنتاجها على الإطلاق. الوصول إلى 20 تسلا (مقياس شدة المجال) ، يمكن أن يثبت هذا المغناطيس أنه المفتاح لفتح الاندماج النووي ، وتوفير طاقة نظيفة خالية من الكربون للعالم.
لقد كان الاندماج النووي الكأس المقدسة للطاقة النظيفة لعقود حتى الآن ، ولكن من الصعب كسره. تستخدم محطات الطاقة النووية الحالية الانشطار - انقسام الذرات - لإنتاج الكهرباء. إنه فعال ، لكنه يمكن أن يكون خطيرًا ، ويترك وراءه نفايات نووية طويلة الأمد يصعب تخزينها بأمان وبكلفة باهظة. من ناحية أخرى ، يعتمد الاندماج النووي على دمج ذرتين معًا لتكوين ذرة أكبر. هذا هو نوع التفاعل الذي يحدث في الشمس والنجوم. عندما تتكاثر صناعيا على الأرض ، فهي أقل عرضة للانفجارات الكارثية من الانشطار ، وتنتج نفايات مشعة أقل بكثير. إذا أمكن تحويل مفاعل الاندماج القابل للتطبيق تجاريًا إلى حقيقة واقعة ، فقد يصبح سريعًا مصدر الطاقة في المستقبل.
أقوى مغناطيس في العالم. تم تصميمها وبناؤها بواسطة Commonwealth Fusion Systems و MIT's Plasma Science and Fusion Center (PSFC). الائتمان: جريتشن إرتل ، CFS / MIT-PSFC ، 2021
هذا هو المكان الذي يأتي فيه المغناطيس القوي الجديد لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. الاندماج النووي يحدث فقط في درجات حرارة عالية للغاية - يجب أن تصل البلازما إلى درجات حرارة من شأنها أن تذوب أو تدمر أي مادة قد يفكر البشر في بناء مفاعل منها. الحل ، الذي تم اقتراحه في الخمسينيات من القرن الماضي ، هو احتواء البلازما دون السماح لها بلمس أي شيء. يمكن للمجال المغناطيسي القوي أن يفعل ذلك بالضبط ، مما يخلق 'زجاجة' اصطناعية يمكن أن يحدث فيها الاندماج النووي.
الشكل الأكثر شيوعًا لإحدى هذه الزجاجات المغناطيسية هو جسم يشبه الكعك يُعرف باسم توكاماك. يأمل علماء معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في ترتيب مغناطيسهم القوي الجديد في مفاعل توكاماك ، وبذلك ينتجوا اندماجًا نوويًا إيجابيًا صافيًا (اندماج ينتج طاقة أكثر مما تستخدمه) بحلول عام 2025.
العمل الحقيقي هنا ليس الاندماج بحد ذاته. تم إنتاج تفاعلات الاندماج الاصطناعي من قبل. تكمن المشكلة في أنها ، حتى الآن ، تستهلك طاقة للتشغيل أكثر مما تنتجه (الحفاظ على هذه الحقول المغناطيسية لاحتواء البلازما يستهلك الكثير من الطاقة). من خلال العمل على تحسين المغناطيس ، يأمل فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن يكون أول من ينتج أخيرًا مفاعلًا ينتج طاقة أكثر مما يستخدم.
استخدمت المحاولات السابقة في مفاعل موجب صافي مغناطيسات كهربائية نحاسية تقليدية ، ومؤخراً ، موصلات فائقة منخفضة الحرارة ، لاحتواء تفاعل الاندماج. تفوق فريق MIT وشريكهم التجاري ، وهي شركة ناشئة تُدعى Commonwealth Fusion Systems (CFS) ، على منافسيهم من خلال تطبيق مادة جديدة فائقة التوصيل على المغناطيس: موصل فائق عالي الحرارة. يتم تطبيق هذه المادة كشريط يشبه الشريط ، وتسمح لهم بإنشاء مجال مغناطيسي أقوى بكثير في مساحة أصغر بكثير. يحتاج الموصل الفائق منخفض الحرارة إلى حجم أكبر 40 مرة لتحقيق نفس شدة المجال.
يتم عمل المغناطيس داخل منصة الاختبار. الائتمان: جريتشن إرتل ، CFS / MIT-PSFC ، 2021
مارتن غرينوالد ، نائب المدير وكبير الباحثين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مركز علوم البلازما والانصهار ، أوضح 'المكانة التي كنا نملأها كانت استخدام فيزياء البلازما التقليدية وتصميمات وهندسة توكاماك التقليدية ، ولكن جلب إليها تقنية المغناطيس الجديدة. لذلك ، لم نكن بحاجة إلى الابتكار في ستة مجالات مختلفة. سنبتكر فقط في المغناطيس ، ثم نطبق القاعدة المعرفية لما تم تعلمه على مدار العقود الماضية '.
مع الاختبار الناجح للمغناطيس الأسبوع الماضي ، يبدو أن هذه الاستراتيجية تؤتي ثمارها. في العام الماضي ، استخدمت سلسلة من الأوراق العلمية عمليات المحاكاة للتنبؤ بأنه إذا عمل المغناطيس بشكل صحيح ، فيجب أن يكون مفاعل الاندماج قادرًا بالفعل على إنتاج طاقة اندماج موجبة صافية. مع انتهاء اختبار المغناطيس الناجح الآن ، كل ما تبقى هو تصنيع النظام بأكمله ، (المعروف باسم SPARC) والذي من المفترض أن يستغرق حوالي ثلاث سنوات.
إذا نجحوا ، يمكن أن يغير العالم. كما توضح ماريا زوبر ، نائب رئيس معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا للأبحاث ، 'الاندماج من نواح كثيرة هو المصدر النهائي للطاقة النظيفة ... كمية الطاقة المتوفرة هي حقًا تغيير قواعد اللعبة'. هدفهم النهائي هو إزالة الكربون من شبكة الطاقة ، وإبطاء تغير المناخ وتقليل إنتاج غازات الدفيئة. إذا نجحوا في ذلك ، فسيكون الأمر يستحق ذلك. 'لا أحد منا يحاول الفوز بالألقاب في هذه المرحلة.' قال زوبر ، 'نحاول الحفاظ على كوكب الأرض صالحًا للعيش.' قد يكون المجال المغناطيسي لـ 20 Tesla الذي حطم الرقم القياسي هو المفتاح لفتح الاندماج النووي ، وتحويل التيار في مكافحة تغير المناخ.
مزيد من المعلومات: ديفيد تشاندلر ' يحقق المشروع الذي صممه معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تقدمًا كبيرًا نحو طاقة الاندماج. 'أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
الصورة المميزة: عرض SPARC ، توكاماك صغير الحجم وعالي المجال ، قيد التصميم حاليًا من قبل فريق من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وأنظمة كومنولث فيوجن. وتتمثل مهمتها في تكوين وحصر بلازما تنتج طاقة اندماج صافية. الائتمان: T. Henderson، CFS / MIT-PSFC، 2020
